SZEMELVÉNYEK ERDÉLYI MIHÁLY MUNKÁIBÓL A MAGYAR MEDENCE HIDRODINAMIKÁJÁRÓL. Szerk.: Liebe Pál 1. Bevezetés

SZEMELVÉNYEK ERDÉLYI MIHÁLY MUNKÁIBÓL A MAGYAR MEDENCE HIDRODINAMIKÁJÁRÓL Szerk.: Liebe Pál1 Bevezetés A 60-70-es években a VITUKI Mélységi Vízkutatási Osztályán kiemelked

eredmények

születtek medenceterületeink hidrogeológiájával, hidrodinamikájával kapcsolatban. Ezekben a munkákban meghatározó szerepe volt Erdélyi Mihálynak, aki az országhatárokon átível szemlélettel vizsgálta a Magyar medence hidrodinamikáját. Munkásságának eredményeit ezen a téren a legátfogóbban 1979-ben a VITUKI Közlemények sorozatban megjelent munkája mutatja be. Ebb l közlünk szemelvényeket ebben a tanulmányban. A bevezet ben utal a hidrogeológia rohamos fejl désére a 60-70-es években, s e fejl dés okaként a fizikai elvek következetes alkalmazását jelöli meg a hidrogeológiában, mint pl. a hidraulikai rendszerek áramlástani elkülönítése, amelynek elvi alapjait Hubbert írta meg 1940-ben, s akkor már nagyobb fejl dési ütem, amely Tóth József. számítógépes

megkezd dött a következ

modellezéssel kapcsolatos eredményeinek közzététele (1962, 1963) után kezd dött meg. A regionális felszín alatti áramlási rendszerek lényegét akkor már többen tisztázták , s azóta világszerte Tóth J. munkássága nyomán vált elterjedté ez a szemlélet. A Magyar medencére vonatkozóan – támaszkodva a korábbi átfogó vízföldtani munkákra, mint pl. Schmidt Eligus Róbert Vízföldtani Atlasza, s Almássy Endre ebben bemutatott anyagai – a legalapvet bb munkának viszont Erdélyi M. anyagait tekinthetjük, amelyekb l az idézett anyag nyomán szemelvényeket mutatunk be. A többszintes áramlási rendszer jellegzetességei Az áramlási régió jellegét a következ k jellemzik Erdélyi M. szerint: − „nyomásviszonyok. Az utánpótlódás területén a nyomás növekedése kisebb a hidrosztatikusnál.

A

megcsapolás

övezetében

hidrosztatikusnál nagyobb mértékben növekedik, 1

VITUKI Rt. Hidrológiai Intézet, 1095 Budapest, Kvassay Jen út 1. [email protected]

1

viszont

lefelé

a

nyomás

a

− a víz vegyi összetétele, − geotermális viszonyok. Az átlagosnál kisebb geotermális gradiens jelzi, hogy gyors az utánpótlódás a jó vízvezet

k zetben. A területre jellemz

átlagosnál nagyobb

geotermális gradiens jelzi a felszálló mélységi vizet (Alföldi-Gálfi, Erdélyi, 1964, Sümeghy 1929), − természetes izotópok.” „A legtöbb artézi medencében egynél több elkülönült víztartó képz dmény van. Az egyes víztartók között gyakorlatilag dinamikai kapcsolat van, mert tökéletesen vízzáró képz dmény nincs, különösen ha földtani id mértékben számolunk. A víz az egyik víztartóból a másikba szivároghat a majdnem vízzáró zárórétegen át, ha közöttük nyomáskülönbség van. Háromféle nyomásállapot van a többszintes áramlási rendszerekben: − ugyanazon formációban a nyomás lefelé a hidrosztatikusnál nagyobb mértékben többé-kevésbé egyenletesen növekedik. A lefelé növekv nyomás esetén a sekélyebb rétegvíz szintje lejjebb van, mint a mélyebbé. Ennek következménye, hogy a zárórétegen át felfelé szivárog a víz. Ilyen jellegzetes áramlási rendszer van az egyszer

és földtanilag egységes artézi medencékben, meg az összetett nagyobb

medencék mély részmedencéiben és völgyeiben, − az áramlási rendszernek vannak olyan nagy terület részei, ahol ugyanazon fúrásban az egymás alatti vízadókban lefelé csökken a nyomás (helyesen a potenciál – a szerk.). Ilyen területen a nyomás lefelé a hidrosztatikusnál kisebb mértékben növekszik. Ez jelzi, hogy az egyes vízadók utánpótlódása a zárórétegeken át felülr l történik. E szivárgás során energiaveszteség van, tehát a potenciális energia lefelé csökken. Ennek egyéb okai is lehetnek. Az átereszt képességben mutatkozó nagy különbség is lehet a magyarázat. Ilyen esetben a mélyebb vízadó sokkal jobb átereszt , mint a sekélyebb (Tóth J, 1970). Ilyen rendellenességnek lehet az is az oka, hogy minden egyes vízadónak a többit l független nyomása van. Ugyancsak az is lehetséges, hogy a mélyebben lév víztartó réteget teljesen elzárja a diszkordanciával rátelepült fed je. Olyan eset is van, amikor a mélyebb vízadó utánpótlódásának helye mélyebben van, mint a sekélyebbé, − semleges nyomás van a lefelé csökken és a lefelé növekv nyomású (potenciálú – a szerk.) területek között. Ez egy folyamatos vonal, gyakorlatilag azonban a kétféle nyomásállapotú terület között húzódó sáv.”

2

A továbbiakban Erdélyi M. hivatkozik a Casagrande-féle törvényre, amely szerint az eltér hidraulikus vezet képesség

rétegek határán az áramvonalak megtörnek, s e jelenséggel

magyarázza, hogy a rossz vízvezet

rétegben az áramvonalak jóval közelebb vannak a

függ legeshez, mint a jól vezet rétegben. A Magyar Medence rövid vízföldtani ismertetése A Magyar medence rövid vízföldtani ismertetése kiterjed a központi medencékre (Kis- és Nagyalföld, Szávai Alföld), amelyek határvonala a pliocén és az id sebb képz dmények felszíni érintkezésének vonala. (1. ábra). „Ez a vonal igen jó természetes határ, mely hidrológiában, morfológiában és sföldrajzilag is igen jól mutatkozik meg. A medence er s süllyedése ugyanis legnagyobb részt a pliocén idejére esik. A központi medencék gyors süllyedése a pliocénban és a negyedkorban történt. Ez a határvonal majdnem mindenütt a mélyrehatoló szegélytöréseket követi. A határoló töréseksávjától befelé a medence töltelék lényegesen vastagszik, sokszor igen rövid távolságra a peremt l. A bels medencék fiatalabb földtani korát jelzi az is, hogy a kristályos alapra nagy területen a fels pannonnál nem id sebb rétegek települtek (K rössy, 1968). A központi medence két szerkezeti emeletre tagozódik. A fels

szerkezeti emeleten a pliocén üledékek vannak a felszínen, vékony

negyedkori takaróval fedetten vagy anélkül. Az alsó szerkezeti emelet a negyedkori süllyedékek területe. Az áramlási rendszer lefelé gyakorlatilag az alsó pliocén tetejéig terjed (2. ábra), kivéve a hegységi peremek vékony homokos alsó pliocénjét. A fels pannonban nátriumhidrogénkarbonátos víz van, benne az olaj és víz határa d l felület (Bérczi-Kókai). Az alsópannonban gyakorlatilag pangó nátriumklorid típusú víz van. Mindkét Alföldünk szerkezete igen hasonló. A pliocén hévízes formációt (regionális áramlási régió) az alföldek területének nagyobb részén gyakorlatilag vízzáró vagy igen gyengén vízvezet vastag réteg választja el a felette lév köztes „hidegvizes” áramlási régiótól (3. ábra), mely a negyedid szaki k zetekben foglal helyet”. (4. ábra) A továbbiakban Erdélyi a medencén belüli hegyvidékek k zeteit (paleozoos alaphegység, mezozoos karsztosodott karbonátos k zetek, változatos fed k zetek) tekinti át röviden.

3

A Magyar Medence áramlási rendszere „Mély és nagyterület áramlási rendszerek kialakulásához és folyamatosságához szükséges: (1) nagy helyzeti energia, (2) elégséges csapadék, (3) kiterjedt és mély vízvezet képz dmények nagy terület felszíni el fordulása. A Magyar Medence morfológiája biztosítja a mély áramlási rendszer létéhez szükséges potenciális energiát. Az 500 mm-nél több évi csapadék, meg a mély és jó vízvezet k zetek nagy felszíni elterjedése fenntartják a mély áramlási rendszert.” (5.ábra) A következ kben Erdélyi ismerteti a Magyar Medence rétegvizének nyomásviszonyait ábrázoló térkép (6. ábra) és a szelvények (7. ábra) szerkesztését, amelyek az eredeti, a termeléssel még nem zavart helyzetet mutatják be. A térkép szerkesztése és a vízszintekb l a függ leges hidraulikus gradiensek számítása több kedvez körülmény miatt történhetett meg. Ezek között említi, hogy 1972 végéig 9800 ismert sz r zési mélység fúrott kút tengerszint feletti magasságát határozták meg szintezéssel, több száz, két vagy több víztartó harántoló fúrásban állapították meg kútvizsgálatok során az egyes rétegek vízszintjét, s 1971 végéig már kb. 5500 fúrott kútnak volt geofizikai fúratszelvénye, továbbá mintegy 11000 kút vizét elemezték meg. A munka alapjául szolgáló „Magyarország mélyfúrású kútjainak katasztere” 1959-ben készült el és azóta is kiegészül. A kutak fontos adatai 1963-tól folyamatosan kiadvány-sorozatban jelentek meg (Urbancsek J.), s akkor a „Magyarország hévízkútjai” sorozatnak már 3 kötete jelent meg 1965 óta a VITUKI kiadásában. A függ leges hidraulikus gradienseket (8. ábra) a következ k szerint számították: „A két réteg vízszintjének különbsége osztandó a két réteg függ leges távolságával. A kiszámított függ leges hidrodinamikus gradiensek pontossága változó, mert csak igen kevés mélységi nyomásmérés történt. Ezért kellett számolni a nyugalmi vízszintekkel, mint a nyomás kifejez ivel. A pontatlanság kisebb, ha a rétegek közepének távolságával számolunk. A függ leges hidraulikus gradiens akkor is pontatlan, ha a két réteg közel van egymáshoz. Ebben az esetben a fels réteg teteje és az alsó réteg talpa közötti távolság felével osztunk.” A függ leges hidraulikus gradiensek számításához csak olyan rétegek nyomásszintjeit használták fel, amelyeket nem választanak el nagy kiterjedés és hézagtalan vízzáró vagy gyengén vízvezet rétegek.

4

A továbbiakban Erdélyi M. az áramlási rendszer részeit a következ felosztásban tárgyalja: − hegy- és dombvidékek szabadtükr vize, − lefelé csökken nyomású területek a központi medencében = sekélyebb artézi vízadók a hegységperemmel többé-kevésbé párhuzamos sávban („ebben a sávban a sekélyebb artézi vízadók tárulnak fel. Utánpótlódásuk vagy közvetlenül a rétegfejek talajvizéb l történik vagy a völgyek negyedkori töltelékéb l. A mélyebb zárt rétegek nem jutnak a felszínre. Utánpótlódásuk nem közvetlenül, hanem részben a környez

karbonátos és vulkanikus k zetek

repedésein át történik. Ez utóbbi a hidrodinamikus rövidzárlat esete.”), = alacsony és magasabb dombvidék („ahol a szárazföldi, tengerparti és tavi-lagunás eredet

pliocénkori k zetek vagy nagy területen vannak a felszínen, vagy

különböz vastagságú negyedkori folyóvízi homok, futóhomok, lösz, homokos lösz fed vel takartan.” - „Ezek késleltetik a löszben lefelé szivárgó víz mozgását. A pliocén rétegsorban az átereszt képesség lefelé általában nem növekszik.”), = hullámos felszín

terület a Dél-dunántúlon (Bels -Somogy) „futóhomokkal,

homokos lösszel és vízzáró mocsári üledékekkel fedetten. A felszín alatti 20-100 mes negyedkori üledéksorban közép- és finomszem homokrétegekkel agyag és iszap váltakozik”, = az Alföld magasabb helyzet homokhátságai (Duna-Tisza köze, Nyírség, Deliblát). Ezek „a Magyar Medencében a lefelé csökken

potenciál területei közül a

legfontosabbak, amelyeket vastag pleisztocén folyóvízi összlet jellemez, melynek fed je több mint 80 %-ban futóhomok, vékony löszös homok és lösz, olyan üledékek, amelyeken át a csapadékvízb l jelentékeny az utánpótlódás. E homokhátakat részben vagy egészben fels pleisztocénkori süllyedékek szegélyezik lefelé növekv potenciállal, így pl. a Szamosköz, a Rétköz, a Taktaköz, stb.” - „az Alföld belsejében is vannak kisebb utánpótlódási területek. Ezek vékony homoksávok, elkülönült vagy nagyobb területen összeér mintegy szigetek a vízzáró vagy gyengén vízvezet homokszigetek az els

futóhomok gerincek,

felszín

környezetben. E

regionális felszínközeli víztartó, a Tiszántúlon a „kék

homok” kibúvásai a vízzáró fed j területen.” − lefelé növekv

nyomású területek. „A Magyar Medence legmélyebb részei a

jellegzetes artézi területek, ahol a potenciál lefelé növekedik. A felszínt leginkább löszös iszap borítja, a mélyedményeket pedig vízzáró szik. Igen kevés a felszíni homok,

5

a víztartó folyóvízi homok kibúvása. Az Alföldön a peremi utánpótlódási sávtól befelé es terület felén a nyomás (a potenciál – a szerk.) lefelé növekszik, tehát igazi artézi jelleg . Az Alföld mély részmedencéit jórészt jellemzi a finomszemcsés k zetanyag túlsúlya, az üledéksor kicsiny d lésszöge, s fentiekkel összhangban a rétegvíznek a medence belseje felé növekv sótartalma (Erdélyi, 1971). A nyomástérkép szintvonalai mélyen benyomulnak sok folyóvölgybe, így a Marcaléba és a Galgáéba. Ezek a kitüremlések nagyobb áramlási sebesség jelei. A kedvez bb áramlási sebességé pedig a völgyeket meghatározó törésvonalak okozta jobb átereszt képesség. A Marcal valóban mély szerkezeti törést követ. A jóval nagyobb Rába völgyébe nem nyomulnak be a nyomás szintvonalai, mert a Rába nem követ nagyszerkezeti vonalat.” Az alföldi homokhátságok negyedkori üledéksorában általában két vízadó formáció van. A fels ben finomabb szemcsés és vékonyabb folyóvízi homokrétegek települnek a rosszabb vízvezet képesség rétegsorra. A negyedkori üledéksor alsó kétharmada-fele-negyede legnagyobb részt vastag, jól vezet

homok és kavics, helyenként vékony iszap és

finomszem homoklencsékkel megosztva. Az egész alsó pleisztocén egységes vízadónak tekintend . A két f vízadó szint közötti folyóvízi rétegsor anyaga lencsésen települ iszap, finom homok, iszapos és agyagos homok. Az összlet átereszt képessége jóval gyengébb, mint a fed é. A két jó vízadó összlet az Alföld szegélye mentén a köztes rétegsor fokozatos elmaradásával egységessé lesz anyagában is, dinamikailag is. Így van ez pl. a Budapestt l DK-re lév negyed körív területen. „A fels pannóniai hévizes szint nyomásfelszíne még gyengén sem követi a földfelszínt, hanem az Alföld általános befelé való lejtését. Ezzel szemben a két pleisztocén víztartó összlet nyomásfelszíne – különböz mértékben ugyan – de követi az Alföld felszínének egyenetlenségeit. Ennek az a magyarázata, hogy a negyedkori összletet az Alföld legnagyobb részén vastag vízzáró vagy gyengén átereszt fels -pliocén formáció választja el a hévizes szintt l. A hévizes szint csak a medence peremén jut a felszínre.” - „A Magyar Medencében és peremvidékein az áramlási rendszer tápterületeit vékonyabb-vastagabb sávban szegélyezi az olyan negyedkori víztartó formáció, amelyben a felszínközeli és mélyebb rétegek vizének nyomásában nincs különbség vagyis az energia-potenciál nem változik a mélységgel.” A függ leges hidraulikus gradiens térképe (8. ábra) a felszín alatti 100 és 400 m közben mutatja a függ leges nyomásváltozást. (A számításhoz nem használták fel az 50 l-esnél kisebb fajlagos hozamú kutak vízszint adatait, a gradiens értékeket az eredeti

6

nyomásadatokból számították, vagyis a nagyobb mérv termelés el tti id b l.) A 400 m-es alsó határt Erdélyi jó gyakorlati határnak tartotta, mert „ (1) kb. 400 m-ig a vízoszlop h mérséklet eredet változása elhanyagolható, ezért a nyomásadatok s r ség korrekciója nem szükséges, (2) a köztes áramlási régió mélysége legtöbbször nem több a felszín alatti 400 m-nél. Ennek oka részben a fels pliocén vízzáró és rossz vízvezet összlet nagy területi elterjedése. Ez az összlet választja el a negyedkori üledéksort a fels pannoniai hévizes formációtól az Alföld nagy részén. A fels pliocén teteje csak kivételesen van mélyebben, mint 400 m. A köztes és regionális áramlási régió összeolvad ott, ahol a fels pliocén formáció is nagy mélységig igen jó vízvezet , így az Alsó-Tisza vidékén. E vidéken az egybeolvadó áramlási rendszer nagy mélységet ér el, (3) kevés és egyenetlen területi eloszlású a 400 m-nél mélyebb vízadókhoz tartozó nyomásadat.” A hidrodinamikai szelvényeken (7. ábra) ábrázolt fúrások szelvényein Erdélyi a homokossági százalékot szakaszonként ábrázolta (a 1,5 m-nél vastagabb „tiszta” homok és kavicsszintek összegének arányát számította az egész szakasz %-ában). A potenciál térbeli eloszlásából a következ fontosabb következtetéseket vonta le: − „az er s pozitív függ leges hidraulikai gradiens területileg nagyjából a szelvények azon szakaszaival esik egybe, ahol az ekvipotenciális vonalak párhuzamosak a nagyobb

földtani

formáció

határokkal.

Különösen

szembet n

a

vonalak

párhuzamossága a negyedkori típusú üledék feküfelszínével. Ez a párhuzamos elrendez dés már magában is pangó mélység vizet jelez. Az Alföld részmedencéiben hosszú és széles sávokban ugyanazon sz r mélység kutakban azonos a nyomás. Ez is a vízszintes vízmozgás hiányát, vagy igen gyenge voltát jelzi. Az ilyen szelvényszakaszok területén a felszálló víz az a víztömeg, mely a süllyed medence feltölt déséb l adódó tömörödéssel szorul ki. A kinyomódott víz vagy helyileg, szerkezeti vonalak mentén szivárog felfelé, vagy területileg igen lassú szivárgással a vízzáró rétegeken át (Scherf E., 1948 és 1967, Erdélyi M., 1964 és 1972). Itt azt az ellenvetést lehet tenni, hogy a szivárgás sebessége a réteg mentén sokszorosa a rétegre mer leges szivárgásénak. Ez való igaz, de a rétegek felszíne igen nagy felület, amelyen át a nagy víztömeg szivároghatott felfelé, ha arra a geológiai id re gondolunk, ami eltelt azóta, hogy a Magyar Medence elérte nagyjából jelenlegi felszíni és felszín alatti lithológiáját és geometriáját. A rétegvíz nyomástérképének egyes részei is bizonyítják azt, hogy jelent s területen pangó mélységi víz van.”

7

− „a potenciál-eloszlás azt mutatja, hogy a megcsapolási terület (pozitív függ leges hidraulikus gradiens terület) szegélyén mély oldalirányú utánpótlódás van, amit az ekvipotenciális vonalak dudora mutat, − az ekvipotenciális vonalak jelzik azt is, hogy az Alföld nagy részén mennyire jelentéktelen a folyók megcsapolása. Kivételek a nagyobb folyók egyes szakaszai. Ilyen szakaszokon a folyómeder bevágódása elérte a vízzáró fed alatti, nagy területre kiterjed els vízadó szintet, a Duna-völgyben a kavicsot, a „kék homokot” a középs Tisza mentén, − néhány szelvényszakasz jelzi, hogy a köztes áramlási régió utánpótlódási szárnya „úszik” a hévizes regionális áramlási régión, − a pozitív függ leges hidraulikus gradiens területén belül a felszín közelében helyenként jelentkezik a gyenge negatív függ leges gradiens is. Az ilyen terület mindig ott van, ahol (1) a talajvíztartó homok keskeny sávokban és nagyobb foltokban t nik el

a rossz vízvezet

vagy vízzáró löszös eredet

felszíni réteg alól. Ezeken az

„ablakokon” át a csapadékvíz táplálja a talajvizet. Ennek következménye az, hogy a terület artézi jellege gyengül, s a függ leges gradiens esetleg gyenge negatívba vált át a felszín közelében. Ez a jelenség gyakorlatilag igen fontos, mert hígítja a felszálló mélységi vizet, s így fenntartja az áramlási régióban a felszálló és a felszínr l beszivárgó víz közötti egyensúlyt, tehát a talajban a káros sók nem halmozódhatnak fel, (2) a folyómeder átvágja a vízzáró feltalajt, ezzel egyrészt biztosítja az els vízadó utánpótlódását a parti sávban, másrészt elviszi a felszálló sósabb vizet. A természetes megcsapolás (pozitív függ leges hidraulikus gradiens) területén a víz kett s eredet . Egy része a mély regionális (hévizes) és köztes áramlási régióból tart a felszín felé. Másik része az üledék tömörödésével szorul ki és szivárog felfelé. Mindkett növeli ezzel az egyirányú sószállítással a felszínközeli víz sótartalmát.

8

A felszín alatti vízáramlás kémiai vonatkozásai a Magyar Medencében „A legtöbb üledékes terület felszín alatti vize (kivéve a talajvizet) lefelé növeked oldottanyag-tartalmat mutat. Ez részben azért van, mert a sósvíz nehezebb az édesvíznél. A sótartalom növekedése következménye annak is, hogy a mélyebben lév vízre olyan tényez k hatnak (nagyobb nyomás és h mérséklet, oldott széndioxid jelenléte), melyek a sótartalmat növelik. A nagyobb sótartalom forrása lehet az a sósvíz, amely a mély medencékben töréses sávokon, törésvonalak találkozásán át helyileg vagy igen lassan területileg szivárog felfelé a mély süllyedékben (Sümeghy J., 1929; Scherf E. 1947, 1948, 1967). A Magyar Medence bels

mélyedményeinek sósabb vize k zettani, hegységszerkezeti, vegyi, morfológiai és

hidrodinamikai tényez k következménye. A mélyedményekben – kevés kivételt l eltekintve – minden szintben a víz sósabb, mint a környezetében. Ennek egyik oka a finomszemcsés üledékek nagy %-os aránya, a rétegek kicsiny d lése, s t vízszintes települése, bennük kicsiny a víz szivárgási sebessége, s ezzel nagymérték az oldódás lehet sége. Másik oka a sík földfelszín és ott a vízzáró talaj nagy területe és a mélységi sósvíz folyamatos felfelé szivárgása. A részmedencékben a finomszemcsés üledéksorban a víz igen lassan mozog. Ez nem csak azt jelenti, hogy a lencsés víztartók között igen gyenge a vízforgalom, hanem magukban a víztartókban is, hiszen azok is finomszemcsés, különböz mértékben iszapos és agyagos homoklencsék. A klorid és az összes oldott sótartalom növekedése az Alföld belseje felé (9. ábra) tökéletesen egyezik a Csebotarev-féle szubcesszióval, vízszintes irányban tükrözi a befelé csökken

vízvezet

képességet és a csökken

szivárgási sebességet, az id ben növeked

hidraulikus gradienst, azaz a csökken

sótartalmat és az id vel csökken

szivárgási

sebességet. A szubcesszió érvényes függ legesen is. Az Alföld erre ismét jó példa, ahol is három

vegyileg

eltér

jelleg

víz

(bikarbonátos,

nátriumhidrogénkarbonátos

és

nátriumkloridos) helyezkedik el a felszínnel párhuzamosan (Rónai, 1966). A továbbiakban Erdélyi M. bemutatja a felszín alatti vízmozgás nyomozásának lehet ségeit a vízkémia módszereivel. Ezt többek között azzal indokolja, hogy a felszín alatti víz hidrodinamikai vizsgálata költséges és id igényes, vízkémiai adat pedig általában sokkal több van, mint nyomásadat. A Magyar Medence alkalmas annak bizonyítására, hogy a felszín alatti áramlási régiók hidrodinamikája összhangban van a vízkémiai koncepcióval: „a csapadékvíz

9

az alföldek peremén és lazatalajú magaslatain beszivárogva táplálja a fogyasztó terület áramlási régióit. A bikarbonátos csapadékjelleg víz lefelé és elfelé mozog a tápterületr l (Erdélyi, 1973). Dinamikus vegyi egyensúlyi sáv alakult ki a lefelé és elfelé áramló hidegebb bikarbonát típusú víz és a mélyb l felfelé áramló melegebb sósvíz között. A kétféle víz keveredésének eredménye az átmeneti sávban lév

kevert jelleg

víz, amelyet a kisebb

keménység és nagyobb sótartalom jellemez. Az átmeneti sáv mélysége, alakja és vastagsága sok tényez t l függ. Ezek: a rétegek településének geometriája, a rétegek k zettana, a felszín morfológiája (topográfia), a talaj víznyel képessége és az éghajlat.” „A Magyar Medencében általában vastag az édesvíztartó üledéksor”. (édesvíznek tekinti azt a vizet, amely nem tartalmaz többet 1000-1100 mg/l összes oldott sótartalomnál, 100 mg/l kloridnál és 100 mg/l szulfátnál). „Az Alsó-Tisza vidékén nem csak a legvastagabb az édesvíztartó üledéksor, hanem ott a legtöbb a hasznosítható víztartó képz dmény is.” - „Az Alsó-Tisza vidékre jellemz

a nagyon vastag és jó vízvezet

képesség

negyedkori és

fels pliocén folyóvízi üledéksor, amelyet a Duna se, egy nagy folyam rakott le a gyorsan süllyed részmedencében. A kicsiny sótartalom is a mélyreható édesvíz-áramlás bizonyítéka. A vastag édesvíztartalmú részmedence K-i fele teljesen sík terület, vízutánpótlódása a DunaTisza közi Hátságról származik. A Hátság felszínének legnagyobb része laza homok, mely alatt vastag és durvaszemcsés üledéksor van.” - „A homokhátságról érkez édesvíz a terület K-i felén kiszorítja és felfelé kényszeríti a sósvizet, mert K-felé csökken mind a vízrekeszt rétegek összes vastagsága, mind pedig azok vízvezet képessége.” - „Vízkémiai szelvények bizonyítják, hogy másutt is vannak hasonló, de keskenyebb mély leszivárgási sávok.” (7. ábra) „Nem mindig érvényes az, hogy a medence belseje felé növekedik a sótartalom. A medence peremét l távol is van „híg” rétegvíz. Ez az anomália természetes, ha figyelembe vesszük a rétegek homoktartalmát, ebb l következ en a kutak fajlagos vízhozamát és a felszíni képz dményeket, azaz a beszivárgás lehet ségét.” „Az Alföld részmedencéi, mélyedményei a küls

perem és a bels

homokhátságok közti

területen vannak. Minden részmedence hidrodinamikai közepe ott van, ahol a környez áramlási régió felszálló ágai találkoznak.” Ezekre a feláramlási központokra jellemz : (1) felszíni megcsapolás nincs, (2) a felszínközeli ekvipotenciál vonalak jelzik a felszínr l érkez utánpótlódást. E szelvények szerint nem mélyen van a semleges nyomásállapot, a vízkémiai

10

szelvények is mutatják azt, hogy gyenge és vékony felszíni beszivárgás helye alatt sokkal „töményebb” víz van, (3) az ekvipotenciál vonalak párhuzamosak a vízszintes település vagy kis d lés rétegekkel, (4) vékony az édesvizes formáció, (5) a rétegvíz er sen sós. A víz vegyi jellege és a hidrodinamika közötti kölcsönhatást Erdélyi mindenkor bizonyítottnak látja a hidrodinamikai szelvények és a hozzájuk tartozó vegyi szelvények összehasonlítása alapján, s ezt számos példán mutatja be: − az áramlási régió felszálló ágában lév jó átereszt képesség réteg ablakának hatását a rétegvíz min ségére jelzi a bikarbonátos víztípust mutató vízkeménység, valamint a felszíni utánpótlódás vékony rétege alatti hirtelen „töményedés”, − a különböz utánpótlódási területekr l származó víz egymásrahatásának vízkémiai bizonyítékait az Alföld peremvidékén a kicsiny kloridtartalmú, bikarbonát típusú vízréteg szokatlan mélyrehatolásával mutatja ki, − a hegységperemi vulkanikus k zetek részesedését a medencék rétegsorának utánpótlásában a kapcsolódó mélyebb rétegek artézi vizének a hegység belsejében lév mély bányák, másrészt a vulkáni k zetekb l fakadó forrásokéhoz hasonló vegyi jellege mutatja (Karácsonyi S.-Scheuer Gy., 1970), − a fedett karszt vizének és a medenceperemek rétegvizének kapcsolatát a karsztvíz hígító hatásának kimutatásával igazolja a peremi rétegvizekben, − a gázos területek hidrodinamikájának felderítésében is hasznosítja a vízkémiai módszereket, − a szivárgási régiók anomáliáinak felderítésénél is vízkémiai bizonyítékokat mutat be, − a nagy üledékes medencék mélyebb rétegeire vonatkozó nyomásadatok hiányában nagyobb szerepet kapnak a vízkémiai módszerek a nagy mélység

áramlások

felderítésére. „A vízkémiai szelvényen az édesvizes formáció megvastagodása azt mutatja, hogy a felszíni vízutánpótlódás áthatolhat a „hévizes formáció” „vízzáró” fels

pliocén fed jén kedvez

potenciálviszonyok esetében, s egyensúlyt tarthat a

mélységi áramlási régió felszálló vizével.” - „A kloridtartalom lefelé való hirtelen megnövekedése legtöbbször a rossz vízvezet

képesség

alsópannoniai k zet

közelségét jelzi. Az alsópannonban stagnáló és lassan kiszoruló nátriumklorid típusú víz a nagy kloridtartalom forrása. Ezt a kompakcióval kinyomódó vizet viszi magával a mély áramlás, mely azóta áll fenn, amióta a Magyar Medence mély süllyedékek területévé lett”,

11

− „A szikes mélyedmények vízmin ségi szelvényének mélyebb részén, de egyebütt is a kisebb sókoncentráció azt jelzi, hogy az utánpótlódás távolabbról, a medence peremér l jut a mélybe onnan, ahol a jó vízvezet rétegek a felszínre érnek”, − az Alföld talajvizének vegyi jellegét a víztükör mélysége, a talaj- és az altalaj k zettani és geokémiai viszonyai határozzák meg (Kovács Gy., 1960; Széky-Szepesi, 1962 és Várallyay Gy, 1968). „A sós talaj sóinak egy része azonban kétségtelenül mélységi eredet , a felszivárgó rétegvízb l származik. A löszös-agyagos alföldi felszínek talajvize leggyakrabban feszített tükr . A nyomás mértéke ritkán több 50 cm vízoszlopnál. Sok sekély fúrásban azonban 1-2 m-t, kivételesen 4 m-t is emelkedett a vízszint (Rónai A.-Boczán B. (1961) Rónai helyesen következtet, amikor a talajvízszint helyi nagy szintemelkedését a feküben lév nagyobb nyomással indokolja meg.” „Amikor a talajvíz nyomásszintje a finomszemcsés felszíni réteg kapilláris sávjában van, megkezd dik a talaj elsósodása”, − Erdélyi a rétegvizek elsósodásának leggyakoribb okaként a fúrott kút valamilyen hibáját jelöli meg, amelynek következtében „a lefelé növekv nyomású területen a sekélyebb jó min ség vízhez keveredhet a nagyobb nyomású mélyebb sósvíz” - „Az áramlási régió felszálló ágában a vékony felszínközeli édesvizet a túlzott termelés veszélyeztetheti, amikor az utánpótlódás kisebb, mint a termelés, tehát a sósvíz front felfelé tart”. Mélységi vízáramlás és geotermia „Az áramlási régió zavartalan állapotában egyensúlyban lév f cirkuláció. Az egyensúly kialakulhat a leszálló hidegebb bikarbonátos típusú víz (az utánpótlódási terület vize) és a felszálló, melegebb, sósabb víz (a „megcsapolási” terület vize) között. A tiszakécskei termális anomália különösen er s h cirkuláció (Sümeghy, 1929; Erdélyi, 1964; Alföldi-Gálfi, 1966). Ez az er s termikus anomália kedvez

földtani helyzet következménye (7. ábra). Mély

árokszer süllyedéket vastag és durvaszemcsés üledéksor tölt ki, ez a rétegvíz áramlás f sávja. A felszálló hévíz kett s eredet . Egyik része az a vízmennyiség, amit a Duna-Tisza közi homokhátról lefelé áramló hidegebb bikarbonátos típusú víz kényszerít felfelé. Másik része a fels pannon hévize, melyet az er s artézi nyomás hajt fel a Tiszántúli vízzáró fels pliocén alól itt, ahol szerkezeti vonal mentén van az egyetlen „ablak” a vízzáró formációban.” - „Az alsótiszai süllyedék térképsorozata bizonyítja a konvekciós h szállítást. A konvekció másik

12

bizonyítéka, hogy itt ugyanazon sz k mélységközben azonos a durvaszemcsés és finomszemcsés üledékek vizének kémiai összetétele.” A természetes izotópok szerepe a hidrodinamikai kutatásban A Magyar Medence hidrodinamikájának Erdélyi M. által végzett nagyszabású bemutatása segítséget nyújtott a nagy áramlási régiók megismertetésével az izotópos kutatás tervezéséhez és az adatok értékeléséhez. Hivatkozik az akkor kezd d ilyen irányú kutatásokra (Deák J., 1978). Azóta Deák J. és mások nagy tömeg környezeti izotóp-vizsgálatot végeztek, amelyek alátámasztották és számszer sítették Erdélyi által a felszín alatti áramlásokra vonatkozóan felvázolt képet. Hidrodinamikai módszerek gyakorlati vonatkozásai Erdélyi felismerte, hogy a hidrodinamika jelent sége gyorsan növekedik nem csak a rétegvíz, hanem a szénhidrogén-kutatásban is. „Ismeretes a szénhidrogén el fordulások kapcsolata a terület jelenlegi hidrodinamikai viszonyaival. Az áramlási rendszert pedig jó megközelítéssel meg lehet határozni a nyomástérkép megszerkesztésével, feltételezve, hogy a területen meg van a hidraulikai folyamatosság (Tóth J, 1970).” - „Az Alföld szénhidrogén telepei az áramlási rendszer felszálló ágaihoz kapcsolódnak.” Felismerte továbbá az áramlási rendszerek gyakorlati jelent ségét a hulladék elhelyezéssel kapcsolatban: „a pangóvíz terek alkalmasak a radioaktív és toxikus ipari hulladékok, meg sósvíz tartós elhelyezésére.” Erdélyi tanulmányát egy idézettel zárja le (R.G.Kazman, 1966), amely felveti az új elméleti eredmények felhasználásának problémáját a vízgazdálkodás szempontjából. Az azóta eltelt id ben végzett, a Magyar Medence vonatkozásában nagyrészt Erdélyi munkásságára támaszkodó vizsgálatok eredményei és gyakorlati hasznosításuk erre a kérdés felvetésre is pozitív választ adtak.

13

Idézett szakirodalom Alföldi, L.-Gálfi, J. (1966): Hidrogeological and geophysical investigations of a geothermal anomaly in Hungary. – Bull. I.A.S.H. XII.1. Alföldi, L.-Erdélyi, M.-Gálfi, J.-Korim, K.- Liebe, P. (1976): Hydrogeological and geophysical investigations of a geothermal anomaly in Hungary. II. Geothermal flow system in the Tiszakécske region. - Hydrological Sciences Bulletin, XXI, 26. Deák, J. (1978): Study of the recharge of deep groundwaters and their connection with shallow gorundwater using environmental isotopes in the Nagykunság region, Hungary. – Hydrogeology of Great Sedimentary Basins, Conference of Budapest, May/June 1976. Annales inst. Geol. Publ. Hung. Vol. LIX. Fasc. 1-4 o, 733. Budapest, 1978. Erdélyi, M., (1964): Tracing of the subsurface structure and fault-lines on sedimentary lowlands by using indirect geological methods. – Acta Geol. Hung. Vol. VIII., No. 1-4, Budapest. Erdélyi, M. (1971): The influence of hydrogeological factors on the quality of subsurface waters. – Hidrológiai Közlöny 51/1. p.5. Budapest. Erdélyi, M. (1972): Hydrology of deep groundwater (in. G.Kovács-M.Erdélyi-P.Major and K.Korim: Hydrological investigation of subsurface water, pp. 90-158): International Post-graduate Course on Hydrological Methods for Developing Water Resources Management. Vol. III/1. Research Institute for Water Resources Development. Budapest. Erdélyi, M. (1973a): Hydrodínamics of great sedimentary basins... - Manuscript. Research Institute for Water Resources Development. Budapest. Erdélyi, M. (1973b).: Hydrodynamics of the Hungarian Basin (Preliminary Report). - Studies on the Material and Energy Flows of the Earth. First Contribution to the Work of International Commission on Geodynamics. Budapest. Erdélyi, M. (1973c).: Reconstruction of paleogeography by means of hydrogeologic maps. - Annales Univ. Sci. Budapest, Sectio Geogr. VIII. p. 31.

14

Erdélyi, M. (1974d).: A Magyar Medence hidrodinamikája. Beszámoló a VITUKI 1973. évi „Tudományos Napok” el adásairól. Budapest. Karácsonyi S.-Scheuer Gy. (1970): A rétegvizek kémiai jellemzpése Gyöngyös környékén. - II. Vízmin ségi és Víztechnológiai Kongresszus. Budapest, 1970. Kazman, R.G. (1966): Ignorance and learning. - Groundwater, Vol. 24, Nr. 2. p.2. Kovács Gy. (1960): A szikesedés és a talajvízháztartás kapcsolata. - Hidrológiai Közlöny 40 (1960): 2. Körössy, L. (1968): Entwicklungsgesch ichtliche und paläographische Grundzüge unterpannons. - Acta. Geol. Hung. Vol. XII: 1-4. Budapest, 1968.

des

ungarischen

Rónai A.-Boczán B. (1961): Az Alföld talajvíztérképe. M=1:200 000. M. Áll. Földtani Intézet. Budapest, 1961. Rónai, A. (1966): Subsurface waters in deep Quaternary Basins. – Acta Geologica Huntarica, Vol. IX. Budapest. Scherf E. (1947): Szénhidrogének és sósvizek felkutatásának lehet sége a Duna-Tisza közén. - Jelentés a Jövedéki Mélykutatás 1946 évi Sókutató Munkálatairól, Budapest. Scherf E. (1948): A Szabolcs-megye sósvizek (Tiszagyulaháza stb.) geológiai, hidrológiai és kémiai viszonyai. - Jelentés a Jövedéki Mélykutatás 1947/48. évi Munkálatairól, Budapest. Scherf E. (1967): Mikrotektonikai és hidromorfológiai kapcsolatok az Alföld déli részén és ezeknek gyakorlati jelent sége. – Hidrológiai Közlöny 47:6. Schmidt E.R. (1962): (szerk.) Magyarország Vízföldtani Atlasza. - Magyar Állami Földtani Intézet, Budapest. Sümeghy, J. (1929): Die geothermischen Gradienten des Alföld. M. Kir. Földtani Int. Beszámolója 1928-ról. Budapest, 1930.

15

Széky-Fux, V.-Szepesi, K. (1962): The role of loess in alkali soil formation. – Acta Geol. Hung. Vol. 6. Budapest. Tóth, J. (1962): A theory of groundwater motion in small drainage basins in central Alberta, Canada. Journ. of Geophysical Res. 67. Tóth, J. (1963): A theoretical analysis of groundwater flow in small drainage basins. – Journ. of Geophysical Res. 68. Tóth, J. (1970): Relation between electric analog patterns of groundwater flow and accumulation of hydrocarbons. Canadian Journal of Earth Sciences, Vol. 7. No. 3. p. 988 Várallyay, G. (1968): Activity of the Subcommission in Salt Affected Soils of the International Society of Soil Science. - Supplementum, Agrokémia és Talajtan 1978. Budapest

16

Jelmagyarázat:

utánpótlódás területei (1-5): kristályos k zetek (paleozoikus), (2) karsztosodott k zetek (mezozoikus mészk és dolomit), (3) eocén, poligocén és miocén üledékes k zetek, (4) neogén vulkánikus k zetek, (5) pliocén és negyedkori üledékek, (6) a megcsapolás területei, (7) nagyhozamú karsztforrás, (8) zéró hidraulikus gradiens a felszínalatti 400-800 m-ben, (9) vízzáró k zet völgysz kület, (10) a Magyar Medence bels vízválasztója, (11) országhatár

1. ábra A Magyar medence hidrodinamijai és hidrogeológiai térképe (Erdélyi M. 1972a, átdolgozás í976)

17

Jelmagyarázat:

(1) a hegyvidék határa

2. ábra A Magyar Medence áramlási rendszerének feküfelszíne a tengerszinthez képest a törmelékes k zetek területén (K rössy L. 1971, átdolgozva 1978)

Jelmagyarázat:

3. ábra A negyedkori jelleg üledéksor vastagsági térképe (Erdélyi M. 1973c)

18

az Alföld északi (1) és nyugati (2) határa, (3) a Kisalföld központi süllyedékének határa, (4) a hegyvidékt l legtávolabbi pliocén feltárások az Alföld medencéjében

4. ábra A hévizes formáció vízzáró fed jének vastagsága az Alföldön.

Jelmagyarázat:

k zettani és rétegtani tagolás: (1) kristályos alaphegység, (2) mezozoikus mészk , (3) miocén vulkánikus k zet, (4) miocén üledékes k zet, (5) vízzáró vagy gyengén átereszt alsó pannóniai üledékes k zet, (6) vízvezet fels pannóniai üledékes k zet, (7) vízzáró vagy gyengén átereszt fels pannóniai üledékes k zet, (8) igen jó vízvezet fels pliocén üledékes k zet, (9) a pliocén összlet vízzáró vagy gyengén átereszt fed tagja, (10) negyedkori üledékes k zet felszíni k zet és talaj: (11) futóhomok és löszös homok, (12) vízzáró talaj, (13) mérsékelten átereszt talaj, (14) az édesvíz és sósvíz határa, (15) utánpótlódás területe, (16) megcsapolás területe

5. ábra Az Alföld felszín alatti áramlási rendszerének elvi szelvénye (Erdélyi 1972, átdolgozás 1977)

19

6 ábra A felszín alatti 100-300 m-ben lev üledékes k zetek vizének nyomásszintje a tengerszinthez képest (Erdélyi M. 1972)

Jelmagyarázat:

(1-4) nyomási szintvonalak, (5) a hegyvidék határa, (6) igen jó vízátereszt felszín (futóhomok, löszös homok és homokos lösz a terület, több mint 85 %-án), (7) lefolyástalan vagy rossz lefolyású terület

20

Jelmagyarázat: A.

B. C.

potenciál eloszlás és lithológia: (1) a község neve és a fúrott kút kataszteri sorszáma, (2) ekvipotenciál vonalak a tengerszint felett, (3) a kút sz r zött szakaszának közepe, (4) a negyedkori jelleg üledéksor feküjének felszíne, (5) kristályos alaphegység, (6) mezozoikus mészk és dolomit, (7) f leg miocén vulkánikus k zetek, (8) a fúrásszelvény homokos szakasza nem számított homok %-kal, (9) vízzáró vagy gyengén átereszt k zet, (10) a fúrási szelvény szakaszának homok %-a, a víz kloridtartalma mg/l-ben a vz összes keménysége német keménységi fokban: (1) sós és édesvíz határa

6. ábra A felszín alatti 150-300 m-ben lev üledékes k zetek vizének nyomásszintje a tengerszinthez képest (Erdélyi M., 1972)

21

Jelmagyarázat: D. E. F.

potenciál eloszlás és lithológia: (1) a község neve és a fúrott kút kataszteri sorszáma, (2) ekvipotenciál vonalak a tengerszint felett, (3) a kút sz r zött szakaszának közepe, (4) a negyedkori jelleg üledéksor feküjének felszíne, (5) kristályos alaphegység, (6) mezozoikus mészk és dolomit, (7) f leg miocén vulkánikus k zetek, (8) a fúrásszelvény homokos szakasza nem számított homok %-kal, (9) vízzáró vagy gyengén átereszt k zet, (10) a fúrási szelvény szakaszának homok %-a, a víz kloridtartalma mg/l-ben a vz összes keménysége német keménységi fokban: (1) sós és édesvíz határa

7. ábra Hidrodinamikai-vízkémiai szelvény

22

Jelmagyarázat: (1)

zéró függ leges hidraulikus gradiens a felszín közelében, (2) ugyanez a felszínalatti 400-600 m-es mélységközben, (3) negatív függ leges hidraulikus gradiensek, (4) gyenge felszínközeli negatív függ leges hidraulikus gradiensek területe, (5) pozitív függ leges hidraulikus gradiensek, az Alföld északi (6) és nyugati (7) határa, (8) országhatár

8. ábra A 100-400 m mélység alföldi vízadókra vonatkozó függ leges hidraulikus grádiens térképe (Erdélyi M. 1975)

9. ábra Az Alföldön a 150-300 m-es mélységközben feltárt rétegvíz összes oldott sótartalma mg/l-ben (Erdélyi M., 1972)

23

Jelmagyarázat: az Alföld északi (1) és nyugati (2) határa, (3) homok %

10. ábra Az alföldi édesvizet tartalmazó üledéksor homok %-a (Erdély M., 1972)

Jelmagyarázat:

az Alföld északi (1) és nyugati (2) határa, (3) a negyedkori jelleg üledéksor 100 m-es vastagsági vonala és a 100 m-nél vékonyabb negyedkori üledéksor területe

11. ábra Az alföldi negyedkori üledéksor alsó feléb l termel kutak fajlagos hozama (1 m leszívással termelt vízmennyiség, l/min) (Erdélyi M., 1972)

24